Intelligente Bodenfeuchtesensoren: Steigerung der Farm-Effizienz und Ernteerträge

Pflanzen beziehen Wasser und den Großteil ihrer Nährstoffe aus dem Boden. Diese Bodennährstoffe werden von den Pflanzenwurzeln aufgenommen und durch ein Gefäßgewebe namens „Xylem“ zu den Blättern transportiert, wo Photosynthese stattfindet. Der Boden unterstützt somit den gesamten Nahrungszyklus, indem er als initiale Plattform für die Nahrungsgenerierung fungiert – nicht nur für Pflanzen, sondern auch für andere Lebewesen.

Agronomen und Landwirte kennen die Wichtigkeit der Aufrechterhaltung optimaler Nährstoff- und Feuchtigkeitslevels des Bodens, um das Pflanzenwachstum zu facilitieren. Der Einsatz von Düngern und Mist verbessert die Bodenqualität und ein robustes Bewässerungssystem erleichtert die Kontrolle des Wassergehalts.

Fortschritte im Internet of Things und Sensortechnologie haben verschiedene Bodenfeuchte-Detektionssysteme hervorgebracht. Durch den Einsatz dieser Geräte kann ein Landwirt die Qualität seines Bodens überwachen und managen und eine Kultur wählen, die für seine Felder geeignet ist. Es gibt verschiedene Mechanismen, die diese Sensoren verwenden, um den Bodenwassergehalt zu bestimmen. Es ist daher wichtig, mit verschiedenen Terminologien im Zusammenhang mit Bodenfeuchte vertraut zu sein.

Einige Keywords im Zusammenhang mit Bodenfeuchte:

Folgend sind einige Terminologien, die mit der Messung von Bodenfeuchte verknüpft sind:

• • Bodenwassergehalt: Auch als Bodenfeuchtelevel bezeichnet, ist es die Menge an Wasser, die in einer bekannten Menge Boden zu einem bestimmten Zeitpunkt vorhanden ist. Es wird allgemein als Zoll Wasser pro Fuß Boden ODER als % Wasser nach Gewicht oder Volumen des Bodens ausgedrückt.
• • Sättigung: Sättigung bezieht sich auf den Bodenwassergehalt, wenn alle Poren des Bodens mit Wasser gefüllt sind. Es ist ein temporärer Zustand, da überschüssiges Wasser unter dem Einfluss der Schwerkraft aus dem Boden abläuft.
• • Feldkapazität: Sie bezieht sich auf den Bodenwassergehalt, nachdem die Schwerkraft die überschüssige Menge Wasser aus seinen Poren entfernt hat. In anderen Begriffen ist es die Menge an Wasser, die der Boden halten kann.
• • Bodenfeuchtespannung: Auch als Bodenmatrikpotential bezeichnet, ist es die Kraft, mit der Wasser am Boden haftet. Sie wird allgemein in Bar ausgedrückt.
• • Permanenter Welkepunkt (PWP): PWP bezieht sich auf die minimale Menge Wasser im Boden, die von einer Pflanze benötigt wird, um nicht zu welken. Wenn der Bodenwassergehalt geringer ist als der PWP, kann die Pflanze ihre Turgidität nicht wiedererlangen.
• • Verfügbare Wasserkapazität: Es ist die Menge an Wasser, die für das Pflanzenwachstum zwischen PWP und der Feldkapazität des Bodens vorhanden ist. Es wird auch Plant Available Water (PAW) genannt und als Zoll verfügbares Wasser pro Fuß Boden gemessen.

Diese Terminologien werden generell verwendet, während der Feuchtegehalt des Bodens bestimmt wird. Verschiedene Bodenfeuchtedetektoren verwenden diese Terminologien, um die Menge der darin vorhandenen Feuchte anzuzeigen. Die Funktionsweise von Bodenfeuchtesensoren hängt generell von den von den Sensoren verwendeten Mechanismen ab.

Verschiedene Arten von Bodenfeuchtesensoren:

1) Reflektometer:

Bodenfeuchtesensoren, die Reflektometrie verwenden, bestimmen den Wassergehalt, indem sie die Änderung eines spezifischen Parameters messen, sobald er vom Boden reflektiert wird. In einem Reflektometer gibt es generell zwei oder drei metallische Stäbe, die tief in den Boden eingelassen werden. Eine Welle mit bekanntem Parameter wird durch diese Stäbe geleitet. Der Sensor fängt die reflektierte Welle auf und die Menge der im Boden vorhandenen Feuchte wird basierend auf den Änderungen in den Parametern bestimmt.

Basierend auf den vom Reflektometer verwendeten Parametern werden sie in drei verschiedene Typen klassifiziert:

• • Time Domain Reflectometer (TDR): Parameter sind Geschwindigkeit und Stärke der elektromagnetischen Welle
• • Frequency Domain Reflectometer (FDR): Parameter ist die Frequenz der Welle
• • Amplitude Domain Reflectometer (ADR): Parameter sind Dielektrische Konstante und bodenelektrische Leitfähigkeit eines Impedanzsignals.

2) Time Domain Transmission (TDT):

Ein Time-Domain Transmissometer ist ähnlich einem TDR, jedoch besteht es aus einem vollständigen Loop, wo beide Enden mit einer elektrischen Quelle verbunden sind. TDT misst die Zeit, die der Puls benötigt, um sich durch den vollständigen Loop zu propagieren, sobald er tief in den Boden eingebettet ist. Die Zeit, die der Puls zur Propagation benötigt, wird bei feuchtem Boden mehr sein als bei trockenem Boden. Durch Berücksichtigung der vom Puls genommenen Zeit wird die Menge der im Boden vorhandenen Feuchte geschätzt.

3) Tensiometer:

Ein Tensiometer nutzt die Bodenfeuchtespannung, um den Feuchtegehalt im Boden zu bestimmen. Es besteht aus einem Glasrohr, das mit Wasser gefüllt ist. Das Ende des Rohrs ist mit einer porösen Spitze ausgestattet, die tief in den Boden eingelassen wird. Der Boden entzieht dem Rohr Wasser aufgrund der Bodenfeuchtespannung, sobald seine Feuchte abnimmt. Dies erzeugt ein Vakuum im Rohr, das die Änderung im Bodenwassergehalt reflektiert.

4) Granulare Matrix Sensoren:

Dieser Sensor misst elektrischen Widerstand, um den Feuchtigkeitslevel im Boden zu bestimmen. Er besteht aus Elektroden, die in einer granularen Matrix aus Quarz eingeschlossen sind. Dieses Apparat ist in einer Gipslösung eingeschlossen, die in einem Metallgehäuse gefüllt ist. Eine kleine elektrische Ladung wird durch die Elektroden geleitet und der elektrische Widerstand durch sie wird gemessen. Falls die Feuchte im Boden abnimmt, wird das Wasser vom Sensor vom Boden entzogen und somit wird der Widerstand steigen. Diese Änderung im Widerstandslevel wird dann verwendet, um den Bodenwassergehalt zu schätzen.

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Ein IoT-gestütztes Bodenfeuchte-Managementsystem:

Bodenfeuchte ist eine wichtige Eigenschaft, die das Pflanzenwachstum facilitiert. Sie wirkt als Lösungsmittel für verschiedene im Boden vorhandene Nährstoffe und selbst als primärer Inhaltsstoff für Photosynthese. Sie reguliert die Bodentemperatur, was weiterhin das Blühen neuer Pflanzen sicherstellt.

Die Messung des Bodenwassergehalts ist daher wichtig, um Ernteerträge zu maximieren und deren Qualität zu gewährleisten. Bodenfeuchtesensoren, die auf verschiedenen Mechanismen arbeiten, sind entstanden, die Landwirten helfen, über die Qualität ihrer Farms-Böden aktualisiert zu bleiben.

IoT-gestütztes Bodenfeuchte-Detektionssystem ist eine der vielen Anwendungen von Agricultural IoT. Die durch Feuchtesensoren gesammelten Daten werden via Gateway an eine zentrale Plattform übertragen, die als Command Center für einen Landwirten fungiert. Durch Verwendung der Daten auf dieser Plattform kann er verschiedene Farming Operations remote überwachen und managen und die Qualität und Gesundheit seiner Kulturen sicherstellen.

Verwendete Hardware:-

Preis: $70

Intellia INT G01 - Bodenfeuchtesensor

Intellia INT G01 - Bodenfeuchtesensor (Transmitter) ist ein hochpräzises, hochempfindliches Bodenfeuchte-Messinstrument. Dieses Produkt ist ein Metallgehäuse, hohe Druckfestigkeit, gute Dichtleistung; die Verwendung des elektromagnetischen Pulsprinzips zur Messung der scheinbaren dielektrischen Konstante des Bodens.

Quick Specifications

Model No INT G01
Monitoring principle FDR
Structure 4-pin type
Output Signal 4-20mA
Power Supply DC12-24V
Response time ＜1s